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openEuler Embedded 软实时系统介绍
top_tony
发布于 2022-8-17 16:07
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本文主要介绍 openEuler Embedded 软实时系统的特性说明，构建方式和性能测试。
软实时特性介绍
「实时性简介」
实时的诉求通常是事件的响应时间不能超过规定的期限，一个事件的最大响应时间应该是确定的、可以预测的。
「Preempt_RT 补丁简介」
Preempt_RT 补丁（以下简称 RT 补丁）可直接打在内核源码上，并通过内核配置选项 CONFIG_PREEMPT_RT=y 使能软实时功能。RT 补丁实现的核心在于最小化内核中不可抢占部分的代码，从而使高优先级任务就绪时能及时抢占低优先级任务，减少切换时延。除此之外，补丁通过多种降低时延的措施，对锁、驱动等模块也进行了优化。
openEuler Embedded 版本中可使用的 RT 补丁请参考：
1. QEMU：
raspberrypi：
「补丁获取地址」
https://gitee.com/src-openeuler/kernel/blob/openEuler-22.03-LTS
「补丁关键功能举例」
增加中断程序的可抢占性（中断线程化、软中断线程化）
增加临界区的可抢占性（如自旋锁）
增加关中断代码的可抢占性
解决优先级反转问题（优先级继承）
软实时镜像构建指导
具体下载源码和编译流程建议参考容器环境下的快速构建指导：https://openeuler.gitee.io/yocto-meta-openeuler/yocto/quickbuild/container-build.html
「QEMU RT 镜像构建方式」
● 步骤：
下载源码 --> 修改 bb 文件打入 RT 补丁 --> 手动打开 CONFIG_PREEMPT_RT --> 编译构建
● 更改 aarch64 镜像内核 bb 文件，使其构建时自动打入 RT 补丁，示例：
git diff 输出示例：
打开 aarch64 镜像 defconfig 中的 CONFIG_PREEMPT_RT，示例：
git diff 输出示例：
● 编译时选择 aarch64-std 架构，示例：
● 构建镜像生成目录：
/usr1/build/output/
● 二进制介绍：
1.Image-5.10.0：QEMU RT 内核镜像
2.openeuler-image-qemu-aarch64-<时间戳>.rootfs.cpio.gz：QEMU 文件系统
3.openeuler-glibc-x86-64-openeuler-image-aarch64-qemu-aarch64-toolchain-22.03.sh：SDK 工具链
4.zImage：QEMU RT 内核的压缩镜像
「树莓派 RT 镜像构建方式」
● 步骤：
下载源码 --> 修改 bb 文件打入 RT 补丁（补丁已自动打开 CONFIG_PREEMPT_RT） --> 编译构建
● 更改 raspberrypi 镜像内核 bb 文件，使其构建时自动打入 RT 补丁并打开 CONFIG_PREEMPT_RT，示例：
git diff 输出示例：
◊ 编译时选择 raspberrypi4-64 架构，示例:
◊ 构建镜像生成目录：
/usr1/build/output/
◊ 二进制介绍：
Image：树莓派 RT 内核镜像
openeuler-image-raspberrypi4-64-<时间戳>.rootfs.rpi-sdimg：树莓派 RT 支持 SD 卡镜像
openeuler-glibc-x86-64-openeuler-image-cortexa72-raspberrypi4-64-toolchain-22.03.sh：SDK 工具链
树莓派 4B 的具体使用方法后期会详细介绍。
❝「说明」
如果开发人员使用的内核配置不是 RT 补丁中修改的 defconfig（QEMU：arch/arm64/configs/openeuler\_defconfig，树莓派：arch/arm64/configs/bcm2711\_defconfig），则需要在自己的 defconfig 中开启内核配置选项 CONFIG_PREEMPT_RT，例如上面 QEMU 构建方式中的 yocto-embedded-tools/config/arm64/defconfig-kernel
openEuler Embedded 软实时特性当前仅支持 arm64 架构
❞
验证环境的软实时是否使能
查看系统是否有 PREEMPT_RT 字样：
输入示例：
输出示例：
软实时性能测试
「软实时相关测试」
参考 RT-Tests 指导
https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/tools/rt-tests
进行软实时相关测试，用例包括但不限于：
1.cyclictest 时延性能测试
2.pi_stress 优先级继承测试
3.hackbench 负载构造工具
下面以 cyclictest 时延性能测试为例进行说明。
「cyclictest 时延性能测试」
1.准备开发环境
安装 SDK，准备编译环境，示例：
2.编译用例
3.执行用例
编译完成后生成二进制 cyclictest，传入单板环境后可查看执行 cyclictest 时可配置的参数：
cyclictest 有多种参数配置方法，用例具体的入参设计可参考 test-design
https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/tools/cyclictest/test-design
输入示例：
./cyclictest -p 90 -m -i 100 -n -h 100 -l 10000000
输出示例：
即用例循环 1000 万次后，平均时延为 8us，最坏时延为 16us（该数据仅为示例，具体以环境实测为准）。
「说明：」
如果树莓派 4B 的空载情况下，平均时延较差（如超过 20us），可查看使用的树莓派固件是否将 CPU 频率配置为了节能模式，并根据需要将 CPU 频率配置为最高运行频率。如无 cpufreq 相关接口，则不涉及。
输入示例：
输出示例：
如上结果表示 CPU 频率为节能模式。
配置 CPU 最高运行频率，输入示例：
（文章转载自公众号：架构与思维）
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已于2022-8-17 16:07:10修改
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